淺談基于數(shù)控加工原型的快速模具制造關(guān)鍵工藝

廣州市花都區(qū)嘉美塑料制品廠 王小軍

淺談基于數(shù)控加工原型的快速模具制造關(guān)鍵工藝

廣州市花都區(qū)嘉美塑料制品廠 王小軍

基于RP原型的快速模具制造工藝需要專門的設(shè)備，原型材料昂貴，這些都影響了該技術(shù)廣泛應(yīng)用。另一方面，數(shù)控加工技術(shù)在制造業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，數(shù)控加工設(shè)備已由原來的高端設(shè)備變成了大多數(shù)工廠具有的普通設(shè)備。而精密材料成形技術(shù)發(fā)展迅速，如失蠟精密鑄造、消失模成形等經(jīng)過長(zhǎng)期發(fā)展，已相對(duì)成熟。將常規(guī)數(shù)控加工技術(shù)和精密材料成形技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出一種成本更低、周期更短的快速模具技術(shù)，將能夠大大地提高模具制造的競(jìng)爭(zhēng)力。本文提出了將數(shù)控加工技術(shù)與現(xiàn)代精密材料成形技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出一種基于數(shù)控加工原型的低成本、易推廣的快速金屬模具制造工藝，實(shí)現(xiàn)模具的敏捷化制造。

數(shù)控加工 快速磨具 工藝

一、工藝路線

該工藝根據(jù)經(jīng)過精確誤差補(bǔ)償?shù)腃AD數(shù)據(jù)，由數(shù)控加工設(shè)備快速加工出精密成形專用的蠟?zāi)！⑴菽芰夏；蛘呖杉庸じ叻肿硬牧夏＞?，由精密鑄造工藝制得金屬模具成品或者半成品。

（1）模具設(shè)計(jì)及誤差補(bǔ)償在得到產(chǎn)品的三維CAD模型后，根據(jù)產(chǎn)品的特征進(jìn)行模具的工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在模具設(shè)計(jì)過程中，重點(diǎn)要考慮前期誤差補(bǔ)償。筆者對(duì)整個(gè)制造系統(tǒng)的誤差鏈進(jìn)行了分析，其中，影響最終模具產(chǎn)品精度的主要因素有原型數(shù)控加工誤差、鑄造成形誤差及后精整處理誤差，這些誤差都可在模具的CAD數(shù)據(jù)中進(jìn)行前期補(bǔ)償。對(duì)于大型模具的模具設(shè)計(jì)，設(shè)置好工藝參數(shù)之后，可以采用模擬軟件進(jìn)行工藝數(shù)值模擬，以實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝的優(yōu)化。

（2）原型的數(shù)控加工數(shù)控加工的最大特點(diǎn)在于:一是可以極大地提高精度;二是加工質(zhì)量的重復(fù)高，可以穩(wěn)定加工質(zhì)量，保持加工零件質(zhì)量的一致性。另外，還具有便于設(shè)計(jì)變更，加工柔性強(qiáng)的特點(diǎn)，便于進(jìn)行快速模具設(shè)計(jì)。與常見的金屬材料相比，專用原型材料的數(shù)控機(jī)械加工具備不同的特點(diǎn)，需要從材料的選擇、工件裝夾、刀具、加工工藝等多方面予以注意，以獲得尺寸精度高、表面質(zhì)量好的原型。

（3）精密鑄造工藝為了將原型轉(zhuǎn)換過程中的精度損失控制在最小、使精度的補(bǔ)償控制簡(jiǎn)單化，還必須選擇合適的精密鑄造技術(shù)來獲得金屬模具。常用的精密鑄造方法有:石膏型精密鑄造、熔模精密鑄造、冷硬樹脂砂型鑄造、陶瓷型精密鑄造等，應(yīng)結(jié)合模具的結(jié)構(gòu)、尺寸大小及使用要求進(jìn)行選擇。對(duì)中小型鋁基模具產(chǎn)品，筆者選用石膏型精密鑄造;對(duì)小型模具及型芯，選用熔模精密鑄造;對(duì)大型模具，選用轉(zhuǎn)移涂料冷硬樹脂砂型鑄造。

二、原型材料選用及其加工工藝

（1）原型材料的選用在基于數(shù)控加工原型的快速模具制造工藝中，專用原型材料是影響質(zhì)量的關(guān)鍵因素。其性能既要滿足精密鑄造的要求，又要滿足數(shù)控機(jī)械加工的要求。筆者開發(fā)出了泡沫塑料基及石蠟基兩大類專用原型材料，泡沫塑料基專用原型材料的主要性能，石蠟基專用原型材料的主要性能。

泡沫塑料基專用原型材料適用于大中型尺寸、形狀較簡(jiǎn)單的模具，石蠟基專用原型材料適用于小型尺寸、形狀較復(fù)雜的模具。有時(shí)將兩種不同專用原型材料組合起來使用，以發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)。

（2）原型材料的加工工藝泡沫塑料是多孔蜂窩狀組織，比重輕、質(zhì)地軟，強(qiáng)度低以及導(dǎo)熱性差，其加工過程和金屬加工不相同，在擠壓過程中容易在組織的薄弱處斷裂，或造成泡沫顆粒的剝落，使被加工表面粗糙不平，只能按“剝離”的原理來進(jìn)行加工。切削泡沫塑料的刀具不能采用切削金屬和木材的刀具，而應(yīng)選用刃口薄而鋒利的專用刀具。其加工設(shè)備主要有銑床、車床、內(nèi)、外圓砂帶磨床和手推平刨床等;還有臺(tái)式泡沫塑料線鋸機(jī)、振動(dòng)式泡沫塑料刨板機(jī)和電熱絲切割機(jī)等專用設(shè)備。為了確保模樣的尺寸精度和表面粗糙度，一般應(yīng)將板狀泡沫塑料坯料先在手推平刨床或電熱絲切割機(jī)上刨割出平直的基準(zhǔn)平面，然后再選用合適的方法進(jìn)行精加工。

銑削加工是數(shù)控加工中最常用的一種方法，主要用于加工平面、曲面、內(nèi)孔和圓角等。泡沫塑料加工表面的質(zhì)量很大程度上取決于銑刀的結(jié)構(gòu)以及銑削方法和工藝參數(shù)。在加工泡沫塑料時(shí)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備和加工要求選用不同的銑刀和工藝參數(shù)，如果刀具和參數(shù)選擇不當(dāng)，就容易發(fā)生泡沫顆粒的剝落現(xiàn)象或被加工表面拉毛。在銑削平面時(shí)， 主軸轉(zhuǎn)速一般為1500～3500 r/min，以3000 r /min為宜。而加工圓角、內(nèi)圓時(shí)，?？刂圃?700～4200 r/min，以4200 r /min為宜。在數(shù)控銑削過程中，經(jīng)過較長(zhǎng)時(shí)間的加工以后，會(huì)有粘刀的現(xiàn)象出現(xiàn)，容易在加工表面產(chǎn)生圓弧形的拉毛痕跡。因此在加工過程中也必須經(jīng)常清理刀刃，這同樣也會(huì)影響切削效率。切屑泡沫塑料模樣出現(xiàn)粘刀現(xiàn)象的主要原因是:泡沫塑料的導(dǎo)熱性很差、軟化溫度低，刀刃稍有發(fā)熱就會(huì)使熔融狀態(tài)的聚苯乙烯粘附在刀刃上。對(duì)石蠟基專用原型材料，切削刀具也應(yīng)選用刃口薄而鋒利的專用刀具。銑削加工主軸轉(zhuǎn)速一般以1800～2000r/min為宜。

三、模樣表面質(zhì)量的控制

泡沫塑料模型的表面質(zhì)量除了與加工方法、切割刀具的結(jié)構(gòu)、操作者的技巧和發(fā)泡工藝有關(guān)之外，還與模樣材料聚苯乙烯珠粒的組分、泡沫塑料的比重和孔徑的致密程度，以及模具的結(jié)構(gòu)和表面粗糙度、模樣的冷卻方式和發(fā)泡劑有關(guān)。因?yàn)橹挥羞m宜的密度和合理的發(fā)泡工藝才能得到孔徑致密、均勻的泡沫模樣，才能加工出表面光潔的零件曲面型面。

四、結(jié)論

應(yīng)用上述技術(shù)，配合多家企業(yè)進(jìn)行了新產(chǎn)品開發(fā)。實(shí)踐證明，基于數(shù)控加工原型的快速模具制造工藝，結(jié)合了數(shù)控加工工藝和精密成形技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)機(jī)械加工模具工藝相比，節(jié)省了昂貴的機(jī)械加工費(fèi)用，縮短了制造周期;與激光快速原型技術(shù)相比較，可以不必購置昂貴的專用快速原型機(jī)而采用通用數(shù)控加工設(shè)備，有利于快速模具技術(shù)在中小企業(yè)的推廣。

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